列车荷载与水耦合作用下双块式轨道轨枕脱空机理研究

摘要

双块式无砟轨道在我国高速铁路上应用较为广泛，对无砟轨道服役情况的调研发现，该型轨道出现了不同程度的伤损，比较典型的伤损为双块式轨枕松动病害。特别是在降雨量丰富的地区或排水不良的地段，双块式轨道破损的速率较干燥地区要快得多。目前国内外对相关问题缺乏系统研究，可以借鉴的经验较少。因此针对列车荷载与水耦合作用下双块式轨道的轨枕松动研究，探索无砟轨道水致伤损的相关理论问题，对完善无砟轨道设计理论，合理制定无砟轨道养护维修方法，延长使用寿命等具有重要理论和实际意义。具体研究内容及成果如下:
　　 首先，通过现场调研我国无砟轨道水损害的实际情况，结合国内外研究现状，借鉴公路混凝土路面等方面的研究，初步解释了双块式无砟轨道轨枕脱空水损害的成因，演化过程，影响因素及研究问题的实质。
　　 其次，建立了轨枕-水-道床板流固耦合动力学计算模型，通过采用计算流体力学软件ANSYS CFX对轨枕脱空情况下动水的作用特性进行了计算分析。研究了动水压强、流速的作用特性及不同工况下的变化情况。
　　 然后，设计了轨枕松动脱空的动水压力测量试验，从实验方面研究了动水压力的存在和变化规律，并与理论计算进行了对比，初步验证了理论计算的可行性。
　　 最后，探讨了动水压力和流速对道床板混凝土的冲刷作用和劈裂作用。基于微观角度分析了水流速度对混凝土的冲刷作用力和道床板冲刷的临界动水压强。基于断裂力学基本理论分析了最不利情况下动水对道床板裂缝的劈裂作用。

目录

声明

摘要

第一章 概述

1．1 双块式无砟轨道的应用现状

1．1．1 国外双块式无砟轨道的应用现状

1．1．2 国内双块式无砟轨道的应用现状

1．2 双块式无砟轨道水损害及问题的提出

1．2．1 我国双块式无砟轨道水损害情况

1．2．2 问题的提出

1．3 国内外研究现状

1．4 本文的研究主要内容及技术路线

1．4．1 研究的主要内容

1．4．2 技术路线

第二章 双块式无砟轨道轨枕脱空水损害的成因分析

2．1 轨枕松动的产生

2．2 动水的作用机理

2．2．1 冲刷作用机理

2．2．2 劈裂作用机理

2．2．3 渗透、浸泡、化学作用机理

2．3 脱空的影响因素

2．4 轨枕脱空演化过程及研究的实质

本章小结

第三章 流固耦合理论基础及计算分析

3．1 流固耦合的理论基础

3．2 计算软件简介及求解的实现

3．2．1 软件简介

3．2．2 有限元求解的实现

3．3 计算模型及参数

3．3．1 计算模型

3．3．2 计算参数的选取

3．4 水的作用特性计算分析

3．4．1 轨枕脱空处水的一般作用特性

3．4．2 不同工况下水的作用特性

本章小结

第四章 轨枕脱空下动水压力的试验研究

4．1 水压力的测量方法

4．2 模型试件的制作

4．3 试验的研究内容及操作步骤

4．3．1 试验的研究内容

4．3．2 试验的操作步骤

4．4 试验结果的分析

4．5 试验对理论计算的验证

本章小结

第五章 动水对道床板混凝土的作用分析

5．1 动水的冲刷作用分析

5．1．1 道床板的冲刷分析

5．1．2 冲刷的临界动水压强

5．2 动水的劈裂作用分析

本章小结

结论与展望

本文主要研究工作与结论

进一步研究工作展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文